超稳定硫化铜纳米簇的制备方法及其应用

摘要

本发明提供了超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，包括以下步骤：室温下将可溶性铜盐溶液与保护剂混合后，再与硫化盐溶液混合，得到硫化铜纳米簇反应中间态溶液；硫化铜纳米簇反应中间态溶液中加入捕获剂，室温搅拌反应，得到稳定的硫化铜纳米簇溶液；稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液；或者包括以下步骤：将可溶性铜盐溶液、保护剂、硫化盐溶液和捕获剂混合，室温搅拌反应，一锅法得到MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液；MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液。该方法所得到的硫化铜纳米簇具有高稳定性和高分散性和高细胞、细菌毒性，可以用于开发抗肿瘤药物以及抗菌产品。

权利要求

1.超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(11)室温下将可溶性铜盐溶液与保护剂混合后，再与硫化盐溶液混合，得到硫化铜纳米簇反应中间态溶液；

(12)硫化铜纳米簇反应中间态溶液中加入捕获剂，室温搅拌反应，得到稳定的硫化铜纳米簇溶液；

(13)稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液；或者包括以下步骤：(21)将可溶性铜盐溶液、保护剂、硫化盐溶液和捕获剂混合，室温搅拌反应，一锅法得到MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液；

(22)MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液。

2.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述可溶性铜盐包括氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜和溴化铜。

3.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述硫化盐包括硫化钠和硫化钾。

4.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述保护剂包括柠檬酸钠、抗坏血酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和高分子非离子表面活性剂Pluronic F127。

5.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述捕获剂为MUH，所述MUH为HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–OH。

6.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述捕获剂为MUH衍生物、半胱氨酸、巯基乙酸或巯基葡萄糖；所述MUH衍生物为MUN或MUC，其中，MUN为HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–NH2，MUC为HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–COOH。

7.根据权利要求1所述的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：所述可溶性铜盐、硫化盐、保护剂以及捕获剂的摩尔比为(0.8–1.2)：1：(0.8–10)：(0.2–10)。

8.根据权利要求1至7任一项所述的超稳定硫化铜纳米簇在制备抗肿瘤药物中的应用。

9.根据权利要求1至7任一项所述的超稳定硫化铜纳米簇在制备抗菌药物中的应用。

说明书

超稳定硫化铜纳米簇的制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于生物纳米技术领域，特别涉及一种超稳定硫化铜纳米簇的常温制备方法，还涉及该纳米簇在制备抗癌、抗菌药物中的应用。

背景技术

[0002] 细菌感染和癌症是威胁人类健康的主要疾病。传统的抗生素及抗癌药物的应用所导致的耐药现象日益严重。随着纳米技术的发展，大量新型材料被开发用来抗菌和抗癌应用，如功能性高分子、石墨烯和金属纳米颗粒等(如银纳米颗粒被广泛用做抗菌和抗癌产品)。其中，基于铜元素的纳米颗粒由于其价格相比于金、银材料成本低廉，越来越受到重视，而又以硫化铜纳米材料的研究发展最为迅速。

[0003] 硫化铜半导体纳米材料由于其具有光电、光催化、热电、离子存储、等离子共振等诸多性质被广泛用于制造光电转换器、电池、化学传感器等器件。利用硫化铜纳米材料在近红外区域有强烈吸收的特性，其在生物医学领域的研究应用越来越多。比如生物成像(如光声成像)、深组织成像、肿瘤光热治疗以及生物分子检测等。然而，硫化铜因为具有多种相态，而且合成方法多种多样，合成条件复杂，如高温、惰性气体保护等，使其发展受到了限制。尤其是硫化铜纳米簇的合成，一直没有实现室温下简单合成。因而非常有必要发展一种简单、低成本的硫化铜纳米簇合成方法。

发明内容

[0004] 发明目的：本发明基于捕获反应中间态的方法，其目的是提供一种超稳定硫化铜纳米簇(CuS nanoclusters，CuS NCs)的制备方法。

[0005] 技术方案：本发明提供的超稳定硫化铜纳米簇的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0006] (11)室温下将可溶性铜盐溶液与保护剂混合后，再与硫化盐溶液混合，得到硫化铜纳米簇反应中间态溶液；

[0007] (12)硫化铜纳米簇反应中间态溶液中加入捕获剂，室温搅拌反应，捕获反应中间态，得到稳定的硫化铜纳米簇溶液；

[0008] (13)稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液；

[0009] 或者包括以下步骤：

[0010] (21)将可溶性铜盐溶液、保护剂、硫化盐溶液和捕获剂混合，室温搅拌反应，一锅法得到MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液；

[0011] (22)MUH稳定的硫化铜纳米簇溶液于透析袋中透析，得到纯净的硫化铜纳米簇溶液。

[0012] 作为优选，所述可溶性铜盐包括氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜和溴化铜。

[0013] 作为另一种优选，所述硫化盐包括硫化钠和硫化钾。

[0014] 作为另一种优选，所述保护剂包括柠檬酸钠、抗坏血酸钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和高分子非离子表面活性剂Pluronic F127；其用于反应中间态的生成，防止形成硫化铜沉淀。

[0015] 作为另一种优选，所述捕获剂包括HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–OH(MUH)及其衍生物、半胱氨酸、巯基乙酸和巯基葡萄糖；所述MUH衍生物包括HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–NH2(MUN)、HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–COOH(MUC)。

[0016] 作为另一种优选，所述可溶性铜盐、硫化盐、保护剂以及捕获剂的摩尔比为(0.8–1.2)：1：(0.8–10)：(0.2–10)。

[0017] 本发明还提供了上述超稳定硫化铜纳米簇在制备抗肿瘤药物中的应用。

[0018] 本发明还提供了上述超稳定硫化铜纳米簇在制备抗菌药物中的应用。

[0019] 有益效果：本发明基于捕获反应中间态的方法于室温下合成硫化铜纳米簇，该方法简单、制备成本低，所得到的硫化铜纳米簇具有高稳定性和高分散性和高细胞、细菌毒性，可以用于开发抗肿瘤药物以及抗菌产品。

[0020] 具体而言，本发明相对于现有技术具有以下突出的优势：

[0021] (1)合成方法简单：本发明通过利用MUH分子，捕获硫化铜纳米颗粒合成中所形成的不稳定性硫化铜纳米簇中间态，得到硫化铜纳米簇；只需在室温下完成，不需要高温条件以及惰性气体保护。

[0022] (2)制备成本低：本发明使用的试剂只有四种，且价格便宜。

[0023] (3)产品具有高水溶性和高稳定性：由于MUH含有聚乙二醇(EG6)链段，增加了其水溶性和抗蛋白吸附功能；由于MUH分子的巯基端含有11个疏水烷烃链，可以在纳米簇表面形成疏水保护壳层，防止其他巯基小分子接触纳米簇表面并替换掉MUH分子，增加稳定性。实验表明，本发明制得的硫化铜纳米簇可以在不同pH溶液(2–12)、磷酸缓冲液、细胞培养基、以及半胱氨酸、二硫苏糖醇等含巯基的小分子溶液中保持稳定；透析后，在水溶液中保存数月，分散良好。

[0024] (4)产品具有高分散性和高均匀性：如图2所示，本发明制得的硫化铜纳米簇粒径均一，平均粒径为5nm左右。

[0025] (5)产品具有近红外吸收特性：如图3所示，紫外-可见吸收光谱表征表明所制得的硫化铜纳米簇在近红外区域有吸收特性，可用于联合近红外光热治疗和深组织光声成像。(6)产品具有高疗效：所得到的硫化铜纳米簇对癌细胞毒性高，体外细胞生存活力实验(MTT)表明，10μg/mL以上就可引起MDA-MB-231乳腺癌细胞急性死亡(如图4所示)。抗菌结果显示，800μM(76μg/mL)可以有效杀死大肠杆菌(如图5所示)。硫化铜纳米簇可以用于开发抗肿瘤药物以及抗菌产品。

附图说明

[0026] 图1为本发明超稳定硫化铜纳米簇的制备方法的工艺流程图；

[0027] 图2为硫化铜纳米簇的透射电子显微镜图和粒径分布图；

[0028] 图3为硫化铜纳米簇的紫外-可见吸收光谱图，纳米簇浓度为0.1mg/mL；

[0029] 图4为硫化铜纳米簇对MDA-MB-231乳腺癌细胞生存活力的影响评价实验(MTT实验)结果；

[0030] 图5为硫化铜纳米簇对大肠杆菌的抗菌实验结果。

具体实施方式

[0031] 实施例1

[0032] 超稳定硫化铜纳米簇制备方法如下(流程见图1)：

[0033] 0.10mmol CuCl2·2H2O和0.08mmol二水柠檬酸钠溶于100mL超纯水中；室温下搅拌5min后，加入0.1mmol Na2S·9H2O(铜元素与硫元素的摩尔比为1:1)，溶液由淡蓝色变为棕黄色，表明有硫化铜纳米簇中间态生成。加入0.1mmol MUH分子于上述溶液中，室温下搅拌过夜。然后用截留分子量(MWCO)为3.5K的透析袋于超纯水中透析3天除去多余的MUH分子，即可得到纯净的硫化铜纳米簇。其粒径为5nm左右(见图2)，且在近红外区域有吸收(见图
3)。

[0034] 抗癌效果评价：选择MDA-MB-231乳腺癌细胞与浓度为分别为0,2,4,6,8,10,12,14μg/mL的硫化铜纳米簇于37℃细胞培养箱中孵育24h，利用酶标仪采用MTT检测法分别测定吸光度并统计细胞生存率，结果见图4。实验结果表明硫化铜纳米簇在10μg/mL以上时，细胞全部被杀死，说明硫化铜纳米簇的高毒性，可以用于抗癌治疗。

[0035] 抗菌效果评价：选择大肠杆菌与浓度为400μM的MUH、800μM的铜离子(Cu2+)以及8004
μM的硫化铜纳米簇(CuS NCs)分别于37℃摇床中震荡培养48h后，对培养液稀释10倍后于固体平板培养基涂布，菌落形成结果如图5a，细菌存活率如图5b所示。说明与游离的MUH和铜离子相比，硫化铜纳米簇显示出极大的抗菌性能。

[0036] 由抗癌效果评价结果可知，本发明制得的超稳定硫化铜纳米簇可用于抗癌药物的制备：可将硫化铜纳米簇溶液作为肿瘤治疗药物，直接瘤内注射用于抗癌。也可以将硫化铜纳米簇包覆到脂质体内部的水腔中，制成药剂后静脉注射抗癌；或借助其他载药体系，将硫化铜纳米簇靶向到肿瘤部位，进行抗癌。

[0037] 由抗菌效果评价结果可知，本发明制得的超稳定硫化铜纳米簇可用于抗菌药物的制备：可将硫化铜纳米簇涂布到抗菌产品表面，或是混入到凝胶或各种材料中，发挥抗菌作用。

[0038] 实施例2

[0039] 超稳定硫化铜纳米簇制备方法如下：

[0040] 0.12mmol CuCl2·2H2O和1.00mmol二水柠檬酸钠溶于100mL超纯水中；室温下搅拌5min后，直接加入0.1mmol Na2S·9H2O和1mmol MUH，室温下搅拌过夜。然后用截留分子量(MWCO)为3.5K的透析袋于超纯水中透析3天除去多余的MUH分子，即可得到纯净的硫化铜纳米簇。

[0041] 实施例3

[0042] 超稳定硫化铜纳米簇制备方法如下：

[0043] 0.08mmol CuCl2·2H2O和0.10mmol二水柠檬酸钠溶于100mL超纯水中；室温下搅拌5min后，直接加入0.1mmol Na2S·9H2O和0.02mmol MUH，室温下搅拌过夜。然后用截留分子量(MWCO)为3.5K的透析袋于超纯水中透析3天除去多余的MUH分子，即可得到纯净的硫化铜纳米簇。

[0044] 实施例4

[0045] 与实施例1中的方法基本一致，不同之处仅在于：将0.1mmol氯化铜替换成0.1mmol硫酸铜，将硫化钠替换成硫化钾，将柠檬酸钠替换成抗坏血酸钠，将MUH替换成HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–COOH(MUC)。

[0046] 实施例5

[0047] 与实施例1中的方法基本一致，不同之处仅在于：将0.1mmol氯化铜替换成0.1mmol硝酸铜，将柠檬酸钠替换成聚乙烯吡咯烷酮，将MUH替换成HS–(CH2)11–(OCH2CH2)6–NH2(MUN)。

[0048] 实施例6

[0049] 与实施例1中的方法基本一致，不同之处仅在于：将0.1mmol氯化铜替换成0.1mmol醋酸铜，将柠檬酸钠替换成高分子非离子表面活性剂Pluronic F127，将MUH替换成巯基乙酸。

[0050] 实施例7

[0051] 与实施例1中的方法基本一致，不同之处仅在于：将0.1mmol氯化铜替换成0.1mmol溴化铜，将MUH替换成半胱氨酸。

[0052] 实施例8

[0053] 与实施例1中的方法基本一致，不同之处仅在于：将MUH替换成巯基葡萄糖。

[0054] 实施例9

[0055] 本实施例的实施方法与实施例1中的方法一致，只是将MUH分子替换为MUH与MUC的混合物，其中MUH与MUC的物质的量比为4：1。